制造技术工程训练 教学课件 ppt 作者 朱华炳 第7章 切削加工基本知识

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1、1,2,第7章 切削加工基础知识,【实训目的与要求】 1）了解金属切削加工的一般概念。 2）了解常用刀具的种类和材料。 3）了解零件加工质量的一般概念。 4）掌握常用量具的测量方法。,3,7.1 概述 4,7.2 金属切削刀具 17,7.3 机械加工零件的技术要求 29,7.4 常用量具 33,章节目录,4,依据工件质量的变化，加工方法可以分为： 1）材料去除加工。包括切削加工和特种加工。 2）材料成形加工。如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等。 3）材料堆积。如焊接、粘接、快速成型等。,7.1 概述,5,切削加工就是用切削刀具将毛坯上多余的材料切除，以获得形 状与尺寸精度、表面质量等都符合图样要求

2、的加工过程。切削 加工分为机械加工和钳工。 （1）机械加工 机械加工是通过工人操纵机床来完成对材料的切削加工。其主要方法有车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削、拉削及齿轮加工等，图7-1所示为几种常见加工方式的示意图。,7.1.1 切削加工的分类,图7-1 常见机械加工方式 a)车削 b)刨削 c)铣削 d)钻削 e)磨削,6,（2）钳工 钳工一般是通过工人手持工具来对工件进行切 削加工。钳工常用的加工方法有划线、錾削、锯削、锉削、刮削、研磨、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹和套螺纹等。钳工加工方 式多种多样，使用的工具简单、方便灵活，是装配和修理工作不 可缺少的加工方法。,7.1.1 切削加工的分类,

3、7,机械零件的形状都是由基本表面和成形面组成。如图7-2所示，外圆柱面一般可采用车削或磨削加工；内圆柱面一般可以采用钻削或车削加工；平面一般可采用刨削或者铣削加工；成形面中的较复杂轮廓一般可采用数控车削加工；齿轮的齿形面一般采用成形刀铣齿或展成法切齿加工。,7.1.2 零件表面的构成,图7-2 各种表面加工方法 a)车外圆面 b)磨外圆面 c)钻孔 d)车床镗孔 e)刨平面 f)铣平面 g)车成形面 h)铣成形面,8,切削加工必须具备两个基本条件： 刀具； 相对运动，即所谓的切削运动。切削运动分为主运动和 进给运动。 切削运动的形式有： 旋转运动 往复直线运动 连续运动 间歇运动,7.1.3

4、切削运动,9,1.主运动 用以直接去除工件上多余材料，使切削层转变为切屑，从而形成工件上新表面的运动。如图7-3所示运动。 主运动的主要特点是： 主运动速度高，消耗功率大，一般只有一个； 主运动可以是刀具的运动，也可以是工件的运动； 主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。,7.1.3 切削运动,图7-3 常见加工方式的切削运动 a) 车削 b)钻削 c)铣削 d)刨削 e)外圆磨削 -主运动 -进给运动,10,2.进给运动 使新的切削层不断投入切削的运动。如图7-3所示运动。 进给运动的主要特点是： 1)进给运动的速度较低，消耗的功率较小； 2)进给运动可以是刀具运动，也可以是工件运动； 3

5、)进给运动可以有多个，也可以只有主运动，而没有进给 运动； 4)进给运动在主运动为旋转运动时是连续的，在主运动为直 线运动时为间歇的。,7.1.3 切削运动,11,7.1.3 切削运动,表7-1 常见机床的切削运动,12,3.合成切削运动 合成切削运动 切削加工时，主运动vc与进给运动vf同时进行 ，对于刀具切削刃上的一点来说都是做的合成切削运动ve。如图 7-4所示，合成切削运动速度等于主运动速度与进给运动速度的 矢量和。,7.1.3 切削运动,ve = vc + vf,图7-4 切削形成的表面,13,切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称，因而常 被称为切削三要素。三者的大小要根据

6、不同的工件材料、加工 性质和刀具材料来选择调整。它是调整机床、编制工艺路线及 计算切削力、切削功率和工时定额的重要参数。 （1）切削速度 切削速度是指切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。当主运动为旋转运动时，其计算公式为： 式中 vc主运动的切削速度； d切削刃上选定点所对应的工件或刀具的最大直径 （车床为工件、铣床为刀具）； n主运动的转速。,7.1.4 切削用量,vc=dn/1000,14,（2）进给量 进给量f是指刀具在进给运动方向上相对于工件 的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表达和测量。 每齿进给量fz是指刀具每转过一个刀齿时，工件与刀具之间 的相对位移量。 进给速

7、度vf是指切削刃上选定点相对于工件进给运动的瞬时 速度，它与进给量f、每齿进给量fz之间的关系为：,7.1.4 切削用量,vf=nf=nfzz,15,（3）背吃刀量 背吃刀量ap是在与主运动方向相垂直的方向 上测量的已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，如图7-5所示。 外圆车削加工：ap=（dw-dm）/2 钻削加工：ap=dm/2 dw工件待加工表面直径； dm工件已加工表面直径。,7.1.4 切削用量,图7-5 切削用量三要素,16,（4）切削用量选择的一般原则 粗加工时为提高生产率，首先选择大的背吃刀量，尽量在一次走刀过程中切去大部分金属，其次取较大的进给量，最后选取合适的切削速度。

8、精加工时为保证表面质量，应选择较高的切削速度，再选用较小的进给量和背吃刀量。,7.1.4 切削用量,17,金属切削刀具一般由夹持部分和切削部分组成。 1)夹持部分是用来将刀具夹持在机床上，有带孔和带柄两类。 带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，如圆柱形铣刀 、锯片铣刀、齿轮滚刀等。 带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀 等一般为矩形柄；圆柱柄一般适用于直径较小的麻花钻和立铣刀等 刀具；圆锥柄适用于直径较大点的麻花钻和立铣刀等刀具。 2)切削部分是刀具上直接参与切削工作的部分。刀具切削部 分的结构主要有整体式、焊接式、机夹式和镶片式。,7.2 金属切削刀具 7.2.1 金

9、属切削刀具的结构,18,1.按工件加工表面的形式分类 （1）外表面加工刀具：包括车刀、刨刀、铣刀、锉刀等。 （2）孔加工刀具：包括钻头、镗刀、铰刀、内孔拉刀等。 （3）螺纹加工刀具：包括丝锥、板牙、螺纹车刀和螺纹铣 刀等。 （4）齿轮加工刀具：包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮 加工刀具等。 （5）切断刀具：包括切断车刀、锯片铣刀、带锯和弓锯等。,7.2.2 金属切削刀具分类,19,2.按切削运动方式和相应的刀刃形状分类 （1）通用刀具：如车刀、刨刀、铣刀、镗刀、钻头、铰刀、 锯条等。 （2）成形刀具：这类刀具的刀刃形状与被加工工件截面相同 或相近，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀

10、 和各种螺纹加工刀具等。 （3）展成法齿轮刀具：采用展成法加工齿轮的齿面或类似的 工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀等。,7.2.2 金属切削刀具分类,20,（1）高硬度和耐磨性 （2）足够的强度和韧性 （3）良好的耐热性和导热性 （4）良好的工艺性 （5）经济性和绿色性,7.2.3 刀具材料应具备的性能,21,刀具材料是指刀具参与切削部分的材料，其常见分类如下： 碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 涂层刀具材料 陶瓷材料 金刚石 立方氮化硼 目前广泛应用的刀具材料有高速钢和硬质合金。,7.2.4 刀具材料,22,1.碳素工具钢 碳素工具钢是一种碳的质量分数较高的优质钢

11、，常用牌号有 T8A、T10A、T12A等。其淬火后硬度可达HRC6165，只能制作低速手用工具，如锯条、锉刀等。 2.合金工具钢 合金工具钢是在碳素工具钢中加入一定量的Cr、W、Mn等合 金元素而形成，主要牌号有9SiCr、CrWMn等。硬度与碳素工具钢 相当，适用于制作低速、形状比较复杂的刀具，如板牙、拉刀、手用铰刀等。,7.2.4 刀具材料,23,3.高速钢 高速钢是一种含有较高合金元素W、Mo、Cr、V等的高合金工 具钢。它的特点是耐热性好，在切削温度达500左右时，仍能 保持较高硬度。特别适用于制造结构复杂的成形刀具、孔加工刀 具等，例如各类钻头、丝锥、铣刀、拉刀、齿轮刀具等。可加工

12、 铸铁、有色金属、钢材等。 1）普通高速钢包括钨系高速钢（代表牌号W18Cr4V）和钨 钼系高速钢（代表牌号W6Mo5Cr4V2），这类高速钢工艺性好， 可满足一般工程材料的切削加工。 2）高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、 Co、Al等合金元素。可用于加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工的材料。主要牌号有：95W18Cr4V（高碳高速钢）、W6Mo5Cr4V3（高钒高速钢）、W2Mo9Cr4VCo8（钴高速钢）、W6Mo5Cr4V2Al（铝高速钢）等。,7.2.4 刀具材料,24,4.硬质合金 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC等 ）粉末和金属粘接

13、剂（Co等）经高压成型，高温烧结而成。硬质 合金的硬度、耐磨性、耐热性均超过高速钢，但其强度和韧性以 及工艺性均不如高速钢，因此仍不能完全取代高速钢。 在新国标GB/T 20752007中，硬质合金按被加工工件材料 的不同分为六类，其中尤以P类、M 类、K类硬质合金最为常见 。各类中随着字母后面数值的增大，其所对应的合金材料的耐 磨性下降，韧性增强。 （1）P类 识别颜色为蓝色，适于加工一般的奥氏体钢材，主 要成分为WC、TiC和粘接剂Co，常用的有P01、P10、P30等。P01适 用于精加工，P30适用于粗加工。,7.2.4 刀具材料,25,（2）M类 识别颜色为黄色，适于加工不锈钢，主要

14、成分为 WC、TiC和TaC或NbC以及粘接剂Co，常用的有M10、M20等。M10适 用于精加工，M20适用于粗加工。 （3）K类 识别颜色为红色，适于加工铸铁类材料，主要成 分为WC和粘接剂Co，常用的有K01、K10、K20等。K01适用于精加 工，K20适用于粗加工。 （4）N类 识别颜色为绿色，适于加工有色金属材料以及非 金属材料等。 （5）S类：识别颜色为褐色，适于加工耐热合金材料和钛合 金等。 （6）H类：识别颜色为灰色，适于加工淬硬材料、冷硬铸铁 等硬材料。,7.2.4 刀具材料,26,5.涂层刀具材料 涂层刀具材料是在韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上 ，采用化学气相沉积(

15、CVD)或物理气相沉积(PVD)的工艺方法，涂 覆一薄层(约512m)高硬度、高耐磨性、难熔金属化合物而形 成。常用刀具涂层材料有TiC、TiN、AL2O3及一些复合涂层等。 涂层刀具既保持了普通硬质合金或高速钢刀具基体的强度和 韧性，又使表面有更高的硬度、耐磨性和高的耐热性。涂层刀片 一般比未涂层刀片的刀具寿命提高13倍，高者可达510倍。,7.2.4 刀具材料,27,6.陶瓷材料 陶瓷材料是以氧化铝或氮化硅为主要成分，经压制成形后烧 结而成的一种刀具材料。它有很高的硬度和耐磨性，硬度达 78HRC，耐热性高达1200oC以上，化学性能稳定，故能承受较高的 切削速度。但陶瓷材料的最大弱点是抗

16、弯强度低和冲击韧性差， 主要用于钢、铸铁、有色金属、高硬度材料和高精度零件的精加 工。,7.2.4 刀具材料,28,7.金刚石 金刚石是目前已知的最硬物质，其硬度接近10000HV，是硬 质合金的80120倍。但韧性差，在一定温度下与铁族元素亲和 力大，因此不宜加工黑色金属。主要用于有色金属以及非金属材 料的高速精加工。 8.立方氮化硼（CBN） 立方氮化硼是由氮化硼在高温、高压、催化剂作用下转变而 成。它具有仅次于金刚石的硬度和耐磨性，硬度可达8000 9000HV，耐热性高达1400oC左右。化学稳定性好，与铁族元素亲 和力小，但强度低，焊接性差，主要用于淬硬钢、冷硬铸铁、高 温合金和一些难加工材料的加工。,7.2.4 刀具材料,29,零件的技术要求主要包括对零件的加工精度、表面粗糙度、材料和热处理性能的要求等，标注示例见图7-6所示。,7.3 机械加工零件的技术要求,图7